无人机导航系统中的GPS欺骗干扰技术研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 12次 | 上传用户:lovefuture888
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本文结合国防预研项目需求,针对无人机配备的GPS/INS复合导航系统的干扰问题,提出了GPS欺骗干扰与导航系统控制相结合的方法。利用GPS伪距定位特性,通过改变各卫星信号传播延时,给出了GPS转发式欺骗干扰系统的实现方案,进行了详细的仿真验证和软件设计,并与项目中涉及的其他模块进行了联网测试。对该系统中的GPS信号捕获和跟踪等关键模块,完成了FPGA硬件设计和测试验证。论文完成的主要工作如下:(1)研究了GPS信号结构特性,分析了伪随机码和导航电文的产生原理,利用RINEX格式导航电文生成数据码,完成了GPS中频信号的模拟产生。(2)结合无人机GPS欺骗干扰系统演示验证需求,研究了GPS软件接收机算法原理。针对信号捕获模块,分析对比了不同的捕获方法,验证了并行码相位搜索算法具有良好的捕获性能且计算量小。研究了PLL环和DLL环的实现原理,设计出包含载波跟踪环和码跟踪环的完整跟踪模块。采用最小二乘法,依据伪距定位原理完成了定位解算工作。利用实际采集的GPS中频信号证明了GPS软件接收机的可行性。(3)结合无人机GPS/INS复合导航系统的控制特点,通过改变对方GPS接收机对各路卫星信号传播时延的计算,完成了位置欺骗。分析直接转发干扰的局限性,设计出无人机导航系统中状态估计量的检测规则,采用直接轨迹欺骗与轨迹融合两种方法,实现了对无人机导航系统的侵入控制,通过理论推导和仿真分析给出了两种控制模式下的归一化新息平方,结果表明当采用轨迹融合的控制方法时,可保证对无人机轨迹欺骗的有效性与隐蔽性。(4)以大规模FPGA芯片为硬件平台工具,完成了无人机导航欺骗干扰系统中捕获和跟踪等关键模块的硬件测试验证。
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